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1、传热学第二讲2023/1/51第1页，共18页，编辑于2022年，星期四四、辐射换热四、辐射换热1.1.定义定义定义定义:2.黑体间的辐射换热黑体间的辐射换热黑体间的辐射换热黑体间的辐射换热物体间靠热辐射进行的热量传递。物体间靠热辐射进行的热量传递。以无限靠近的黑体平板为例：以无限靠近的黑体平板为例：高温高温物体物体低温低温物体物体2023/1/52第2页，共18页，编辑于2022年，星期四3.实际物体的辐射换热实际物体的辐射换热实际物体的辐射换热实际物体的辐射换热以无限靠近的实际平板为例：以无限靠近的实际平板为例：系统黑度系统黑度4.大空间小物体大空间小物体辐射换热辐射换热下角标下角标1小物
2、体小物体2023/1/53第3页，共18页，编辑于2022年，星期四4 传热过程和传热系数传热过程和传热系数传热过程：传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传递到另一侧热量由壁面一侧的流体通过壁面传递到另一侧流体中去的过程。流体中去的过程。传热方程：传热方程：传热系数传热系数例：平壁中导热和对流综合传热例：平壁中导热和对流综合传热2023/1/54第4页，共18页，编辑于2022年，星期四例例1-4 2023/1/55第5页，共18页，编辑于2022年，星期四第二章第二章 导热基本定律及稳态导热导热基本定律及稳态导热1 导热基本定律导热基本定律一、温度场一、温度场一、温度场一、温度场某时刻物体
3、中各点温度分布的总称。某时刻物体中各点温度分布的总称。1.定义：定义：2.2.等温线和等温面：等温线和等温面：2023/1/56第6页，共18页，编辑于2022年，星期四3.温度梯度温度梯度：沿等温面法线方向上的温度增量与法向距沿等温面法线方向上的温度增量与法向距离比值的极限离比值的极限.二、导热基本定律（傅利叶定律）二、导热基本定律（傅利叶定律）二、导热基本定律（傅利叶定律）二、导热基本定律（傅利叶定律）单位时间内通过单位面积所传导的热量，正比于当单位时间内通过单位面积所传导的热量，正比于当地垂直于截面方向上的温度变化率。地垂直于截面方向上的温度变化率。2023/1/57第7页，共18页，编
4、辑于2022年，星期四三、导热系数三、导热系数定义式定义式工程测量工程测量工程测量工程测量 各向异性材料各向异性材料:实验测定实验测定实验测定实验测定 查表查表查表查表其导热系数随方向而变化其导热系数随方向而变化影响热导率的因素：影响热导率的因素：不同物质热导率的差异：构造差别、导热机理不同。不同物质热导率的差异：构造差别、导热机理不同。不同物质热导率的差异：构造差别、导热机理不同。不同物质热导率的差异：构造差别、导热机理不同。物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等。物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等。物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等。物质的种类、材料成分、温
5、度、湿度、压力、密度等。各向同性材料各向同性材料:2023/1/58第8页，共18页，编辑于2022年，星期四1 1、气体的热导率、气体的热导率气体的热导率随温度升高而增大气体的热导率随温度升高而增大气体的热导率随温度升高而增大气体的热导率随温度升高而增大2 2、液体的热导率、液体的热导率3 3、固体的热导率、固体的热导率金属的热导率金属的热导率金属的热导率金属的热导率：纯金属纯金属纯金属纯金属：合合合合 金：金：金：金：保温材料：保温材料：保温材料：保温材料：国家标准规定，温度低于国家标准规定，温度低于国家标准规定，温度低于国家标准规定，温度低于350350时热导率小于时热导率小于时热导率小
6、于时热导率小于 0.12W/(mK)0.12W/(mK)的材料（绝热材料）。的材料（绝热材料）。的材料（绝热材料）。的材料（绝热材料）。建筑隔热保温材料：建筑隔热保温材料：建筑隔热保温材料：建筑隔热保温材料：非金属：非金属：非金属：非金属：2023/1/59第9页，共18页，编辑于2022年，星期四2 导热微分方程导热微分方程导入微元体的总热流量导入微元体的总热流量导入微元体的总热流量导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热微元体内热源的生成热微元体内热源的生成热微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量导出微元体的总热流量导出微元体的总热流量导出微元体的总热流量+微元体热力学能（即内能）的
7、增量微元体热力学能（即内能）的增量微元体热力学能（即内能）的增量微元体热力学能（即内能）的增量1.导入微元体的总热流量导入微元体的总热流量导入微元体的总热流量导入微元体的总热流量一、直角坐标系导热微分方程的形式一、直角坐标系导热微分方程的形式2023/1/510第10页，共18页，编辑于2022年，星期四2.2.导出微元体的总热流量导出微元体的总热流量2023/1/511第11页，共18页，编辑于2022年，星期四3.微元体内热源生成热微元体内热源生成热为单位时间内单位体积中内热源的生成热。为单位时间内单位体积中内热源的生成热。4.4.微元体热力学能的增量微元体热力学能的增量微元体热力学能的增
8、量微元体热力学能的增量、及及c各为微元体的密度、时间及比热容各为微元体的密度、时间及比热容 三维直角坐标系非稳态有内热源的导热微分方程三维直角坐标系非稳态有内热源的导热微分方程三维直角坐标系非稳态有内热源的导热微分方程三维直角坐标系非稳态有内热源的导热微分方程2023/1/512第12页，共18页，编辑于2022年，星期四 为常数时为常数时 为常数且无内热源时为常数且无内热源时 为常数、无内热源、稳态时为常数、无内热源、稳态时热扩散率（导温系数）热扩散率（导温系数），热扩散率表征物体被加热或冷却时，物体内热扩散率表征物体被加热或冷却时，物体内各部分温度趋向于均匀一致的能力各部分温度趋向于均匀一
9、致的能力2023/1/513第13页，共18页，编辑于2022年，星期四二、圆柱坐标系导热微分方程的形式二、圆柱坐标系导热微分方程的形式圆柱坐标系圆柱坐标系（r,z）2023/1/514第14页，共18页，编辑于2022年，星期四三、球坐标系导热微分方程的形式三、球坐标系导热微分方程的形式 球坐标系球坐标系（r,，）2023/1/515第15页，共18页，编辑于2022年，星期四四、定解条件四、定解条件1.1.初始条件初始条件初始条件初始条件2.2.2.2.边界条件边界条件边界条件边界条件第一类边界条件：第一类边界条件：第一类边界条件：第一类边界条件：给定壁面温度给定壁面温度给定壁面温度给定壁
10、面温度第二类边界条件：第二类边界条件：第二类边界条件：第二类边界条件：给定壁面热流密度给定壁面热流密度给定壁面热流密度给定壁面热流密度第三类边界条件：第三类边界条件：第三类边界条件：第三类边界条件：对流换热条件对流换热条件对流换热条件对流换热条件辐射边界条件：辐射边界条件：辐射边界条件：辐射边界条件：其其其其它它它它边边边边界界界界界面连续条件：界面连续条件：界面连续条件：界面连续条件：2023/1/516第16页，共18页，编辑于2022年，星期四五、求解步骤五、求解步骤1.建模建模2.导热微分方程的简化导热微分方程的简化4.4.设定定解条件设定定解条件设定定解条件设定定解条件5.5.求解温
11、度分布公式（特解）求解温度分布公式（特解）求解温度分布公式（特解）求解温度分布公式（特解）6.代入导热基本定律中求解热流量或热流密度代入导热基本定律中求解热流量或热流密度3.求解微分方程，得出温度分布的通解求解微分方程，得出温度分布的通解2023/1/517第17页，共18页，编辑于2022年，星期四反反映映了了导导热热过过程程中中材材料料的的导导热热能能力力（）与与沿沿途途物质储热能力（物质储热能力（c c）之间的关系。）之间的关系。表表征征物物体体被被加加热热或或冷冷却却时时，物物体体内内各各部部分分温温度度趋趋向向于均匀一致的能力。于均匀一致的能力。值值大大，即即 值值大大或或 c c 值值小小，说说明明物物体体的的某某一一部部分分一一旦旦获获得得热热量量，该该热热量量能能在在整整个个物物体体中中很很快快扩散。扩散。六、热扩散率六、热扩散率Thermal diffusivityThermal diffusivity）2023/1/518第18页，共18页，编辑于2022年，星期四